Nanotıp

Günümüzde bu senaryonun dayandığı rüya gerçekleşmiş gibidir. Anjiyo olurken hep gözümün önüne bu film gelmiştir, kasık damarımdan girdiler, kalbime kadar yol alıp neresi dar bulup çıkardılar, sonrada üç damarın değişecek dediler ve değiştirdiler. Elleri dert görmesin Prof. Dr. Paşaoğlu'nun. Son 35-40 senedir, benzer pek çok nano düzenek tıpta kullanılmaktadır. Bu konunun uzmanları yakın bir gelecekte nanoteknoljinin tıp alnındaki uygulamaları inanılmaz boyutlara ulaşacağına inanmaktadırlar.

Nano boyutlarda madde büyükten küçüğe doğru molekül-atom-atom çekirdeği şeklinde sıralanır. Maddenin fiziksel özelliklerini, atomların cinsleri ve kristal yapı içinde sıralanışları belirler. Örneğin elmas, kömür ve grafit aynı atomlardan(karbon) yapılmıştır; ancak fiziksel özellikleri birbirinden çok farklıdır. Dolayısıyla atomların kristal yapı içindeki sıralanışlarını düzenleyerek istenilen özellikte madde yapmak prensip olarak mümkündür. Çeliğin dayanıklılığını iki katı artırıp ağırlığını yarıya indirmek, malzemeyi atomik boyutlarda kontrol edebilmekle mümkün olur.(Kompozit malzemeler de olduğu gibi) Bu özelliklere sahip çelik uzay ve havacılık sanayinde talep edilir

Hydroxyapatite kemiği meydana getiren moleküldür. Bir kalsiyum bileşiği olan bu molekülün kristalin yapısında nano boyutta değişiklikler yaparak çelik kadar dayanıklı kemik elde etme teorik olarak mümkündür ve üretimi planlanmaktadır. Nanoss olarak bilinen bu kristal boyutları 100n.m.(n.m =nanometre, bir metrenin milyarda biri) civarındadır ve şu anda ticari bir sırdır; yakın bir gelecekte karşımıza ekonomik bir değer olarak çıkacaktır. Uygun miktarda kalsiyum fosfat ve hidroksit iyonlarının kimyasal tepkime sürecindeki asidik vasatı, sıcaklığı ve reaksiyon hızını kontrol ederek dayanıklı kemik üretilmektedir. Kemik hücreleri içinde istenilen büyüklükte, şekilde, saflıkta ve noktada nanoss kristallerini çoğaltmak mümkün olabilecektir. Hücre bu kristalleri yutarak kemik oluşturabilmektedir. Belli bir süre sonra nanosslar doğal kemikten farklı olmayan özellikleri ile kemik yerine kullanılacaklardır. Yakın bir gelecekte yaşlı veya genç kemikte meydana gelebilecek kırık çatlak gibi durumlarda nanoss transplantasyonu ve doğalından farklı olmayan kemik üretimini rutin hale getirecektir. Angström Medica şirketinin geliştirdiği nanossların ticari hale dönüşmesi sadece bir zaman meselesidir.

Yaşayan hücre nano boyutta işlevini sürdüren biyolojik bir sistemdir. Nanoteknoloji ise bu sistemin işletişini canlıya yarar sağlayacak şekilde kontrol altına alma çabasıdır. Nanoteknoloji sözcüğü ilk olarak Massachusetts institute of technology (MIT) öğretim üyelerinden Eric Drexler'in 1986 yılında yayınladığı Yaradılışın Motoru (Engine of Creation) adlı kitabında yer almıştır. O tarihlerde Dr.Drexler atom ve moleküllerin cinslerini ve kristal içinde sıralanışlarını düzenleyerek istenilen özellikte malzeme üretmenin mümkün olabileceğini ileri sürmüştür. Bu iddia ortaya atıldığında şüphe ile bakılmış ve bir bilim kurgusal öneri olarak değerlendirilmiştir. Aradan geçen 15 sene Dr. Drexler'in iddiasının bir fantezi değil gerçekleşme olasılığı yüksek bir teknoloji olduğu ortaya çıkmıştır. Canlı hücre içinde belli işlevleri yerine getirebilen moleküler boyutta biyolojik motorlar yapılmıştır.

Nano biyoloji veya nano tıp (nano medicine)denilen bu yeni araştırma alanı hücreye, bileşenleri nanometre boyutta olan doğal bir motor gibi bakar. Doğal motor biyolojik süreçlerde proteinleri, proteinler ise hücrenin gereksinimlerine göre molekülleri ayrıştıran veya birleştiren enzimleri üretirler. Görüldüğü gibi hücre nano boyutta üretim yapılan bir laboratuar gibidir. Bu doğal laboratuarın kurallarına göre oluşturulan yapay düzenekler istenilen işlevleri yerine getiren birer nano robot gibi çalışırlar. Nano tıp bu mantık üzerine kurgulanmıştır

    Bu yaklaşımın en tipik örneği Boston üniversitesi öğretim üyelerinden Dr.Tejal Desai'nin şeker hastalığı için tasarladığı yapay pankreastır. İnsülin pankreasta ıslet hücreleri tarafından üretilir. Kobaylardan alınan bu hücrelerin insan vücudundaki yaşam süreleri sadece bir dakikadır. Dr.Desai koboylardan alınan islet hücrelerini, gözenekleri 7 n.m. olan bir zar içine yerleştirmiştir. Gözenekli zar klasik fotolitografi yöntemi ile elde edilir. Kan nano gözeneklerden geçerek ıslet hücreleri ile etkileştiğinde hücre insülin üretir;7 nanometre çapındaki gözenekler, ensülin ve glikozun geçmesine izin verirken boyutları 7 n.m. den daha büyük olan ve ıslet hücrelerini öldüren vücut bağışıklık sisteminin salgıladığı antikorların geçmesine izin vermezler. Bu özelliğe sahip gözenekli zarlara sarılıp elde edilen kapsüller diabatik deney hayvanlarına transplante edildiğinde hayvanların insülin verilmeksizin yaşamlarını sürdürdükleri gözlenmiştir. Bu tekniğin yakın bir gelecekte insanlarda uygulanacağına kesin gözü ile bakılmaktadır. Dünyadaki şeker hastalarının sayısı göz önüne alındığında, nano kökenli ilaçların ne büyük sosyal ve ekonomik değer taşıyacakları ortaya çıkar. Dünya ticaretinin önemli bir kısmını oluşturan ilaç endüstrisinde devrim niteliğinde bir değişim gerçekleşecektir. Ayrıca nano kapsüllerin gözenek çapları ayarlanarak ilaç moleküllerinin kapsül içinden sadece ilacın taşınması gereken bölgede dışarı çıkması sağlanacaktır.

Biyolojik moleküllerin etiketlenmesinde kimyasal olarak kararlı olmayan ve zamanla renkleri solan organik boyalar kullanılmaktadır. Mikrobiyolojide etiketlenme moleküler etkileşmelerin tespit edilmesi açısından önem taşır. Biyolojik sistemler çok karmaşıktır; genelde birden fazla bileşenin eşanlı olarak gözlenmesi gerekir. Kuantum beneklerin biyolojik moleküllerin etiketlenmesinde kimyasal boyalarla karşılaştırılamayacak kadar hassas bir teknik olduğu kanıtlanmıştır.5 ile 10 n.m boyutundaki kuantum beneklerin merkezlerine kadmiyum ve selenyumdan oluşturulan yarıiletkenler yerleştirilir. Yarıiletken kristaller değişik frekanslardaki morötesi ışık ile aydınlatıldığında kendilerine özgü karakteristik renklerde ışınım yayarlar. Bu ışınımlar moleküllerin, özellikle protein sentezi sürecinin izlenmesinde kullanılır. Bir nano kristal ile etiketlenmiş protein diğer moleküller ile etiketinden bağımsız olarak etkileşir. Bu nedenle proteinlerin hücre içindeki tüm davranışları, kendilerine bağlanan nano kristalin yaydığı ışınlar ile takip edilir. İçine çeşitli boyutlarda ve konsantrasyonlarda kuantum benekler yerleştirilmiş bir lateks kürecik, arda arda gelen değişik genetik yapı bloklarına bağlandığında milyar mertebesinde birbirinden farklı bilgi verir. Bu bilgilerle bilinen DNA bilgileri karşılaştırılarak örnek dokudaki hangi genin daha etkin olduğu tespit edilir. Yakın bir gelecekte kuantum benekler biyomedikal araştırmaların temel aleti haline gelecektir.

Hücre içi etiketlemede kullanılan diğer bir molekül ise dendrimerdir. Bu molekül ile hücre içinde 2 ile 20 n.m. sondaj yapılabilmektedir. John Hopkins üniversitesi öğretim üyelerinden Dr.Jeff Bulte manyetik olarak etiketlenmiş dendrimer molekülleri ile deneme hayvanının beynine yerleştirilen kök hücre davranışlarını izleyebilmiştir. Dr. Bulte ve gurubu demiroksite bağlı ürettikleri dendrimer moleküllerini beyinden çekilen hücre kültürü içinde tutarak. manyetik moleküllerin kök hücre tarafından obsorbe edilmesini başarmışlar ve bu preperatı hayvanın beynine yerleştirilmişlerdir. Manyetik-tınlaşım görüntüleme tekniği ile kök hücrenin beyin içindeki hareketleri konumları ve yeni beyin dokusu üretimi izlenmiştir. Dendrimer taşıyıcı molekülleri içinde istenilen hacımda kovuklar bulunan düzeneklerdir. Terapik ajanlar bu kovuklara yerleştirilir. Genetik tedavilerde DNA moleküllerini hücreye taşıyan nano robot görevi yaparlar. Kendilerine bağlanan diğer molekülleri belli uyarım mekanizmaları ile ani olarak boşaltabilirler.